Un schéma de bande dessinée de la synthèse des protéines sans cellules, une biotechnologie qui exploite le code génétique de la cellule dans un tube à essai. Le schéma représente une approche simplifiée qui permet aux scientifiques d'exécuter les réactions en mélangeant une matrice d'ADN et deux prémélanges de réaction qui contiennent tous les réactifs nécessaires à la synthèse des protéines. Crédit :Nicole E. Gregorio/ Cal Poly San Luis Obispo
Les chercheurs ont radicalement simplifié la méthode de synthèse des protéines sans cellules (CFPS), une technique qui pourrait devenir fondamentale pour la recherche médicale.
La synthèse des protéines est essentielle pour de multiples types de recherche pharmaceutique et génétique. Pendant des années, les protéines ne pouvaient être synthétisées que dans des cellules vivantes. CFPS offre la nouvelle capacité de biosynthétiser des protéines dans un tube à essai en quelques heures sans avoir besoin de cellules vivantes. Ce processus offre un nouveau niveau de contrôle sur la production de protéines, une aubaine incroyable pour les chercheurs qui poursuivent des tests à haut débit, construction de biocapteurs, ingénierie métabolique et plus encore.
"Cette biotechnologie exploite le code génétique dans un tube à essai, fournir un accès direct à la machinerie biologique qui est traditionnellement enfermée à l'intérieur de la cellule, " a déclaré Javin Oza, professeur de biochimie à Cal Poly, San Luis Obispo. « Cela permet aux scientifiques et aux ingénieurs de fabriquer des vaccins et des protéines thérapeutiques, et effectuez des tests de diagnostic à la demande en laboratoire ou sur le terrain. Dans la classe, CFPS permet aux étudiants d'en apprendre davantage sur le code génétique d'une manière basée sur l'enquête."
Alors que l'acceptation du CFPS comme une technologie prometteuse s'est considérablement développée au cours des deux dernières décennies, elle souffre encore de certaines limitations dues à la difficulté et au coût de mise en oeuvre de la technique.
Comme indiqué dans le Journal d'expérimentation visualisée , un groupe de chercheurs de Cal Poly dirigé par Oza et sa collaboratrice Katharine Watts ont développé une méthode pour rendre le CFPS largement accessible. Les principaux avantages de la nouvelle technique sont la vitesse, rentabilité et une configuration de réaction beaucoup moins complexe par rapport aux autres systèmes CFPS. Pour réduire davantage les obstacles à l'adoption de cette méthode par les scientifiques, la publication comprend un guide vidéo pour la mise en œuvre de la nouvelle procédure.
« Ce protocole simplifie et clarifie les méthodes de mise en œuvre de la synthèse de protéines acellulaires par des non-experts, " a déclaré Oza. " L'amélioration de l'accès à ces méthodes contribuera à démocratiser la plate-forme et son large éventail d'applications. "
La nouvelle technique ne nécessite qu'une formation de base en laboratoire pour les nouveaux utilisateurs afin de mettre en œuvre CFPS dans leurs laboratoires, de la croissance cellulaire et de la préparation d'extraits aux réactions de synthèse protéique in vitro elles-mêmes. Les chercheurs ont développé des prémélanges de réactifs qui réduisent considérablement la probabilité d'erreur lors de la configuration et augmentent la probabilité d'une réaction réussie. Ces réactifs chimiques et biologiques sont stables et peuvent résister à de multiples cycles de gel-dégel. Dans le journal, les chercheurs identifient et signalent également les variables qui ont un impact significatif sur la mise en œuvre réussie du CFPS et les variables que les nouveaux utilisateurs devraient optimiser pour des réactions réussies.
La procédure simplifiée est fonctionnellement comparable aux méthodes plus techniques utilisées précédemment et permet de cribler plus rapidement les produits protéiques, augmentant considérablement le nombre de tests qui peuvent être exécutés dans une période de temps donnée. Cette capacité soutient des efforts de recherche sophistiqués, comme la génomique fonctionnelle et l'ingénierie métabolique.
« Dans notre collaboration, nous utilisons la méthode CFPS simplifiée pour synthétiser et concevoir des méga-enzymes complexes, qui sont traditionnellement difficiles à exprimer, " dit Watts, également professeur de biochimie à Cal Poly. "L'utilisation de CFPS permet des cycles de conception-construction-test beaucoup plus rapides pour l'ingénierie de ces méga-enzymes."
En plus de la recherche primaire, la nouvelle méthode CFPS peut être utilisée comme outil pédagogique dans les classes de niveau secondaire et de premier cycle. Lorsqu'il est emballé pour un usage éducatif, il offre aux étudiants la possibilité de s'engager dans la génétique dans un environnement d'apprentissage pratique.
